УСТРОЙСТВО РЕЗЕРВНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ Российский патент 2012 года по МПК H02J9/06 

Предлагаемое устройство относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах электропитания средств связи.

Известны устройства для включения резервного источника питания по а.с. 826501, H02J 9/06 и а.с. 1065961, H02J 9/06, обеспечивающие переключение питания нагрузки с основного на резервный источник питания и обратно. В этих устройствах в качестве исполнительного элемента применяется реле.

Недостатком известных устройств является их невысокая надежность из-за наличия электромеханических контактов реле, т.к. момент коммутации сопровождается импульсными помехами и возможностью их подгорания.

Известны также устройства для резервного электроснабжения по а.с. 1056363, H02J 9/06 и а.с. 1336154, H02J 9/06, в которых в качестве исполнительного элемента применяются транзисторы p-n-p типа.

Недостатком этих устройств является относительная сложность схемного решения, а также потребление питания от резервного источника при его подключении к нагрузке.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство резервного электропитания по а.с. 150124, H02J 9/06, принятое за прототип.

Схема устройства-прототипа представлена на фиг.1, где обозначено:

1 - основной источник питания;

2 - нагрузка;

3 - диод;

4 - резервный источник питания;

5 - транзистор n-p-n типа;

6 - стабилизатор напряжения;

7 - резистор стабилизатора;

8 - стабилитрон стабилизатора;

9 - транзистор ключа p-n-p типа;

10 - резистор ключа;

12, 13 - диоды ключа;

14 - транзисторный ключ;

15 - контакты реле;

16 - реле ключа.

Устройство-прототип содержит основной источник питания 1, положительный вывод которого подключен к одному выводу нагрузки 2 через диод 3. Резервный источник питания 4 подключен к нагрузке 2 положительным полюсом через коллекторно-эмиттерный переход транзистора 5, база которого подключена к выходу стабилизатора 6, выполненного в виде параметрического стабилизатора на резисторе 7 и стабилитроне 8. Вход стабилизатора 6 подключен к коллектору транзистора 5. Транзисторный ключ 14 выполнен на транзисторе 9, эмиттер которого подключен к катоду диода 3, а коллектором - к обмотке реле 16, зашунтированной диодом 12. База транзистора 9 подключена к точке соединения катода диода 13 и резистора 10. Анод диода 13 соединен с анодом диода 3. Замыкающий контакт 15 реле 16 подключен параллельно переходу коллектор-эмиттер транзистора 5. При этом отрицательные полюса обоих источников питания, другой вывод нагрузки 2, анод стабилитрона 8 и соответствующий вывод обмотки реле 16 соединены с общим проводом.

Устройство-прототип работает следующим образом.

В исходном состоянии напряжение на базе транзистора 5 стабилизировано на уровне минимально допустимого на нагрузке 2 с помощью стабилизатора 6. При этом устройство потребляет ток по цепи: резервный источник питания 4, резистор 7, стабилитрон 8. При любом допустимом значении напряжения на нагрузке 2 транзистор 5 закрыт, т.к. его переход эмиттер-база смещен в обратном направлении, и электропитание нагрузки 2 осуществляется от основного источника питания 1 через диод 3.

Кроме того, устройство также потребляет ток по цепи: основной источник питания 1, диод 3, резистор 10. Прямое падение напряжения на диодах 3 и 13 обеспечивает надежное запирание транзистора 9, при этом обмотка реле 16 обесточена, а его замыкающий контакт 15 разомкнут.

При снижении выходного напряжения основного источника питания 1, с учетом прямого падения напряжения на диоде 3 ниже минимально допустимого уровня на нагрузке 2, переход эмиттер-база транзистора 5 получает прямое смещение и транзистор 5 открывается, стабилизируя напряжение на нагрузке 2. При этом электропитание осуществляется уже от резервного источника питания 4, т.к. напряжение на катоде диода 3 становится больше напряжения на его аноде, и диод 3 закрывается. Закрытый диод 3 обеспечивает прямое смещение перехода эмиттер-база транзистора 9, а резистор 10 - режим его насыщения. Реле 16 срабатывает, и его замыкающий контакт 15 шунтирует транзистор 5 и повышает напряжение на нагрузке 2 до величины выходного напряжения резервного источника питания 4. При повышении выходного напряжения на основном источнике питания 1 до уровня выходного напряжения резервного источника 4 и выше, диод 3 открывается, транзисторный ключ 14 закрывается, обмотка реле 16 обесточивается, контакт 15 размыкается, транзистор 5 закрывается, и электропитание осуществляется опять от основного источника 1 через диод 3.

Недостатками устройства-прототипа являются сложность схемного решения и невысокая надежность из-за наличия электромеханических контактов и возникающих импульсных помех, в момент переключения нагрузки от основного на резервный источники питания и обратно.

Задача предлагаемого устройства - уменьшение потребления в режиме резервного питания, повышение надежности, а также упрощение схемного решения.

Для решения поставленной задачи в устройство резервного электропитания, содержащее основной и резервный источники питания, соединенные отрицательными выводами между собой, одним выводом нагрузки и анодом стабилитрона параметрического стабилизатора, а положительными - с другим выводом нагрузки соответственно через диод и коллекторно-эмиттерный переход первого транзистора n-p-n типа, база которого подключена к точке соединения резистора и стабилитрона параметрического стабилизатора напряжения, являющейся его выходом, при этом вход параметрического стабилизатора, являющийся соответствующим выводом резистора стабилитрона, подключен к положительному выводу резервного источника питания, согласно изобретению введен второй транзистор n-p-n типа, коллекторно-эмиттерный переход которого включен параллельно стабилитрону параметрического стабилизатора, а его база через резистор подсоединена к коллектору транзистора p-n-p типа, эмиттерно-коллекторный переход которого включен параллельно диоду.

Схема предлагаемого устройства представлена на фиг.2., где обозначено:

1 - основной источник питания;

2 - нагрузка;

3 - диод;

4 - резервный источник питания;

5, 11 - первый и второй транзисторы n-p-n типа;

6 - стабилизатор напряжения;

7 - резистор стабилизатора;

8 - стабилитрон стабилизатора;

9 - транзистор p-n-p типа;

10 - резистор.

Предлагаемое устройство содержит основной 1 и резервный 4 источники питания, соединенные отрицательными выводами между собой, одним выводом нагрузки 2 и анодом стабилитрона 8. Положительный вывод основного источника питания 1 подключен к другому выводу нагрузки 2 через диод 3, который шунтирован эмиттерно-базовым переходом транзистора p-n-p типа 9, выполняющего функции датчика исправной работы основного источника питания 1. Положительный вывод резервного источника питания 4 подключен к нагрузке 2 через коллекторно-эмиттерный переход первого транзистора n-p-n типа 5, база которого подсоединена к точке соединения резистора 7 и стабилитрона 8 параметрического стабилизатора 6, являющейся его выходом. Коллекторно-эмиттерный переход второго транзистора n-p-n типа 11 включен параллельно стабилитрону 8 параметрического стабилизатора 6. При этом база второго транзистора n-p-n типа 11 через резистор 10 подсоединена к коллектору транзистора p-n-p типа 9. Кроме того, другой вывод резистора 7 соединен с коллектором первого транзистора n-p-n типа 5.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

При наличии напряжения основного источника 1 питание нагрузки 2 осуществляется от него через диод 3. Одновременно напряжением на диоде 3 открывается транзистор 9 и током, протекающим через резистор 10, открывается транзистор 11, который закрывает транзистор 5 и отключает резервный источник 4 от нагрузки 2. При пропадании напряжения основного источника 1, транзистор 9 закрывается, а транзистор 5 открывается и подключает резервный источник 4 к нагрузке 2. При появлении напряжения основного источника 1 транзистор 9 открывается, транзистор 5 закрывается, и питание нагрузки 2 осуществляется опять от основного источника 1 через диод 3.

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом имеет более простое схемное решение, уменьшенное потребления в режиме резервного питания, а также повышенную надежность.

Использование: в области электротехники. Технический результат - уменьшение потребления в режиме резервного питания, повышение надежности и упрощение схемного решения устройства. Устройство содержит основной (1) и резервный (4) источники питания, стабилитрон (8) параметрического стабилизатора (6), диод (3), первый транзистор n-p-n типа (5), резистор (10) и стабилитрон (8) параметрического стабилизатора напряжения (6). Дополнительно введен второй транзистор n-p-n типа (11), коллекторно-эмиттерный переход которого включен параллельно стабилитрону (8) параметрического стабилизатора (6), а его база через резистор (10) подсоединена к коллектору транзистора p-n-p типа (9). 2 ил.

Устройство резервного электропитания, содержащее основной и резервный источники питания, соединенные отрицательными выводами между собой, одним выводом нагрузки и анодом стабилитрона параметрического стабилизатора, а положительными - с другим выводом нагрузки соответственно через диод и коллекторно-эмиттерный переход первого транзистора n-p-n типа, база которого подключена к точке соединения резистора и стабилитрона параметрического стабилизатора напряжения, являющейся его выходом, при этом вход параметрического стабилизатора, являющийся соответствующим выводом резистора стабилитрона, подключен к положительному выводу резервного источника питания, отличающееся тем, что введен второй транзистор n-p-n типа, коллекторно-эмиттерный переход которого включен параллельно стабилитрону параметрического стабилизатора, а его база через резистор подсоединена к коллектору транзистора p-n-p типа, эмиттерно-коллекторный переход которого включен параллельно диоду.